노인성 질환 진단을 위한 바이오센서 개발

의대 민필기 교수(강남 심장내과)

의대 민필기 교수(강남 심장내과), 고려대 생명공학부 이병천 교수팀이 산화 스트레스를 빠르고 쉽게 측정할 수 있는 형광단백질 바이오센서(TYfR; TrxA-cpYFP-fRMsr)를 개발했다. 산화 스트레스는 다양한 노인성 질환의 원인이 되기 때문에 체내 활성 산소의 양은 노화 및 질병의 중요한 정보다. 체내 활성산소의 양을 측정하기 위해 다양한 방법이 고안돼 왔으나 한계가 있었다.

이번 연구를 통해 산술화하기 어려운 산화 스트레스를 정량적으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 노인성 질환의 진단 도구로 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 연구 결과는 국제학술지 Biosensors&Bioelectronics(IF 10.257)에 최근 게재됐다.

연구팀은 고등동물의 생체 내에 지속적으로 축적되는 free methionine-R-sulfoxide(fMetRO)를 산화 스트레스의 새로운 바이오마커로 제시하고, 이를 정량화하기 위해 fRMsr 유전자에 cpYFP(구조 변화에 따라 형광 값이 달라지는 형광단백질)와 활성부위를 조작한 TrxA 유전자를 결합, 샘플 내 fMetRO의 양에 따라 형광값이 변화하는 TYfR 센서를 구현했다. In vitro(체외) 특성 분석을 통해 TYfR 센서가 fMetRO에 nM 단위까지 매우 민감하고 특이적으로 반응한다는 사실을 확인했다.

또한 TYfR 센서를 세포 내 발현시키거나 면역결핍 마우스 모델에 직접 주입해 산화 스트레스 유도에 따른 형광 변화를 이미지로도 나타낼 수 있음을 입증했다. 이와 함께 대표적인 노인성 질환이자 산화 스트레스의 축적에 기인하는 것으로 알려진 골관절염 마우스 모델에서 fMetRO가 축적되는 것을 확인했다. 

연구팀은 심근허혈재관류 손상에서 산화 스트레스에 의한 영향 평가 분석도 시행했다. 급성관동맥 증후군과 정상 관상동맥 대조군 혈청 샘플 분석을 통해 급성관동맥 증후군 환자의 관상동맥 중재시술 이후 fMetRO가 유의미하게 증가함을 확인했다.